火災的氣候危害有多大？專家：可直達平流層_風聞

來源 | 中國科學雜誌社

大規模火災的氣候危害有多大？近日，中科院大氣物理所陳文教授撰文評述了火災對全球氣候變化的影響。在地球漫長的歷史演變過程中，大規模火災、活躍的火山活動、小行星撞擊等都有可能將黑碳、硫酸鹽等氣溶膠粒子噴射入平流層，通過平流層環流輸送到全球，影響地球系統的輻射平衡，放大成全球氣候事件。

自2019年9月以來，澳大利亞山火已經持續了四個月之久，巴西國家空間研究院下屬的遙感部門近日在社交媒體上表示，通過衞星影像可以發現，澳大利亞大火煙霾一路飄洋過海來到巴西最南端的南里奧格蘭德州。

據路透社報道，澳大利亞大火已導致26人遇難，過火面積逾1000萬公頃，相當於韓國的面積。死於大火的哺乳動物、鳥類和爬行動物估計達5億隻。受林火影響，澳大利亞多地被煙霾籠罩，首都堪培拉空氣質量一度在全球主要城市中排名墊底。

2019年夏季，全球多個地區火災嚴重。加拿大不列顛哥倫比亞省、美國阿拉斯加、格陵蘭島部分地區等都遭遇野火燃燒，俄羅斯西伯利亞和遠東地區發生森林火災，南美洲亞馬孫地區的森林火災引起全球關注。

威力強大的山火可以形成火風暴，產生高大的火積雲，像巨大的煙囱一樣將燃燒產生的黑煙噴射進入平流層中。平流層由於沒有明顯的垂直運動，空氣以水平運動為主，因此進入平流層的黑煙可以持續存在較長的時間。全球多個高靈敏度的衞星保持着對山火的監測，據2019年8月Science 出版的一篇文章揭示，2017年8月在加拿大西部不列顛哥倫比亞省發生山火燃燒，燃燒產生的煙羽在平流層的持續停留時間可長達8個月之久。煙羽的主要成分為有機碳以及黑碳，有機碳的一部分被稱作褐碳，能夠吸收太陽光藍色以及紫外波段的輻射，由於參與大氣光化學反應，褐碳生命期較短，只有幾小時。相對褐碳，黑碳對幾乎所有光譜段的太陽輻射都有吸收作用，因此其對大氣的加熱效應也更為持久。

進入平流層的黑碳可以通過加熱周圍空氣，引起大氣加熱上升，將低層臭氧濃度低、水汽含量高的空氣輸送進入平流層，加熱上升區域臭氧出現了約0.3ppmv的損耗，約佔100hPa高度（距離地面約16km）臭氧濃度的50%；分析結果還顯示出水汽含量增加（>5ppmv）。這些水汽和臭氧的異常是對流層大氣輸送進入平流層的結果，而非平流層中的化學過程引起，數值模擬結果表明2017年8月加拿大西部不列顛哥倫比亞省山火形成的黑碳氣溶膠對當地平流層大氣的加熱達到7℃。

如果發生超級火山爆發，大量的二氧化硫氣體將會被噴射入平流層，在平流層形成硫酸鹽氣溶膠，導致平流層中臭氧層的嚴重破壞。目前全球臭氧損耗正處於恢復時期，臭氧損耗物質在逐漸減少，但是在這期間發生的超級火山，很有可能中斷臭氧的恢復。數值模式模擬表明，如果平流層中臭氧損耗物質只有20世紀90年代一半，一次超級火山爆發會造成全球平均臭氧含量6%的損耗。而當人造的臭氧損耗物質全部清除，只剩下自然排放源時，全球平均臭氧損耗為2.5%，這幾乎達到了20世紀90年代臭氧損耗最嚴重時期赤道以外地區的臭氧損耗程度。

此外，人類核戰爭導致大規模城市、森林和有機質燃燒，也會將大量黑碳噴射進入平流層。一個廣島級別的小核彈 (~1.5萬噸TNT當量) 引起的爆炸和熊熊烈火燃燒會將大約0.05Tg黑碳噴射入平流層；一場小型核戰爭(僅發射100枚廣島級別核彈)在毀滅100個城市的同時，會將約5Tg的黑碳噴射進入平流層。模擬表明，戰爭10年之後，平流層還約有1.1Tg的黑碳存在。進入平流層的黑碳氣溶膠引起到達地面的全球太陽輻射降低約8%，造成全球平均温度降低1.5℃以上，北半球中緯度地區臭氧損耗量達到30%~40%，北半球高緯度地區臭氧損耗達到50%~60%。

平流層大氣的動力穩定性條件和水平環流，可以將局地的影響放大為區域甚至全球影響，並延長進入平流層的氣溶膠的影響時間，使得平流層在氣候變化中充當“放大器”的作用。在地球漫長的歷史演變過程中，大規模火災、活躍的火山活動、小行星撞擊等都有可能將黑碳、硫酸鹽等氣溶膠粒子噴射入平流層，通過平流層環流輸送到全球，影響地球系統的輻射平衡，放大成全球氣候事件。

進入平流層的小粒子看起來像是微不足道的成分，在關鍵的節點上可能發揮關鍵的作用，造成劇烈的全球氣候變化，其中仍有很多涉及輻射、光化學以及輸送動力學等問題值得深入研究，科學屆亟需關注對火災影響全球氣候的平流層過程，研究成果必將有利於深入瞭解地球氣候系統並採取恰當趨利避害手段，維護地球環境、生態和氣候系統的穩定。

本文經授權轉載自微信公眾號“中國科學雜誌社”，英文版：http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCES/63/2/10.1007/s11430-019-9560-3?slug=fulltext。

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